CN103033459A - 室内测试水泥土搅拌桩水平方向渗透性的装置及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水泥土搅拌桩的性能检测领域，具体是一种室内测试水泥土搅拌桩水平方向渗透性的装置及测试方法。室内测试水泥土搅拌桩水平方向渗透性的装置，包括荷载架，固定于荷载架上且带有活塞杆的液压缸，固定于活塞杆端部的力传感器，固定于荷载架上的水箱，进水管，串联于进水管上的阀门，圆盘形的底座，与底座密封环接的外圆环，排水管。本发明所述的室内测试水泥土搅拌桩水平方向渗透性的装置结构新颖、构思巧妙，填补了测定水泥土搅拌桩的水平方向渗透性的一大空白；通过所述的装置及测试方法，完成对水泥土搅拌桩的水平方向渗透性的精确测定，进一步评价了水泥土搅拌桩的水平方向的完整性。

Description

室内测试水泥土搅拌桩水平方向渗透性的装置及测试方法
技术领域
    本发明涉及水泥土搅拌桩的性能检测领域，具体是一种室内测试水泥土搅拌桩水平方向渗透性的装置及测试方法。 
背景技术
水泥土搅拌桩是基于水泥加固土的物理化学反应过程，广泛用于增加软土地基的承载能力，减少沉降量，提高边坡的稳定性，作为地下防渗墙以阻止地下渗透水流等。其中渗透性是水泥土搅拌桩完整性的一个重要的指标，但是在实际工程中及大多数实验都是测定水泥土搅拌桩的竖向渗透性，很少涉及到水泥土搅拌桩的水平方向的渗透性，而在工程实际中水泥土搅拌桩的水平方向渗透性才是影响其性能的关键，因此精确测定水泥土搅拌桩的水平方向渗透性是非常有必要的。 
目前，常用的测量渗透性的方法是“变水头法”，但是变水头法只适用于测量细粒土，并且变水头所产生的水头压力并不大，且测定的都是竖向渗透性，这种方法用于水泥土搅拌桩的渗透性测定会产生很多误差，水泥土搅拌桩的颗粒比细粒土更细，密实度更大，需要更大的水压力才会渗透。“变水头法”测的只是竖向渗透性。 
其次，常用的测定水泥土材料渗透性的装置有SS-15型砂浆渗透仪和HS-4型渗透仪，这些装置适合测定水泥砂浆及混凝土的渗透性，对于测水泥土的渗透性还是会有一些偏差，因为水泥砂浆及混凝土的密度比较大，即密实度比较大。这些装置所测得的也都是竖向渗透性，而且需要考虑水力边界条件（水头，蒸发）的影响。 
发明内容
    本发明为了弥补上述缺陷，提供了一种室内测试水泥土搅拌桩水平方向渗透性的装置及测试方法。 
    本发明是通过以下技术方案实现的：室内测试水泥土搅拌桩水平方向渗透性的装置，包括荷载架，固定于荷载架上且带有活塞杆的液压缸，固定于活塞杆端部的力传感器，固定于荷载架上的水箱，进水管，串联于进水管上的阀门，圆盘形的底座，与底座密封环接的外圆环，排水管，位于外圆环内侧的底座的上端面密封垂直设有中圆环，位于中圆环内侧的底座的上端面密封垂直设有内圆环，外圆环、中圆环和内圆环的轴线位于同一直线上，外圆环的高度大于中圆环和内圆环的高度，且中圆环和内圆环的高度相等，内圆环上端面密封连接有上圆环，且内圆环的内径与上圆环的内径相等，内圆环的外径大于上圆环的外径，位于上圆环外部的内圆环上端面和中圆环上端面之间密封有环形橡胶垫，上圆环内套设有与上圆环相配合的活塞，活塞纵向开有排气通孔，排气通孔上装配有排气阀，活塞杆的端部通过力传感器垂直固定于活塞上端面圆心处，进水管的一端与水箱底部相连通，另一端与上圆环内侧相连通，排水管的一端与外圆环内侧相连通，另一端下方放置有量筒，与外圆环内侧相连通的排水管端部的管口内侧面最低处与中圆环上端面齐平，所述的中圆环和内圆环是由厚度为6～8mm的透水石制成的，外圆环和上圆环是由不透水材料制成的。 
本发明中所述的透水石采用的是建筑工程中常用的透水石。不透水材料采用的是实验室常见的有机玻璃。 
所述的室内测试水泥土搅拌桩水平方向渗透性的测试方法，包括如下步骤：A.制样：从工程中取回水泥土搅拌桩，做成环形试样，恒温恒湿养护；清洗、干燥由透水石制成的中圆环和内圆环；环形试样的内径等于内圆环的外径，外径等于中圆环的内径，高度等于内圆环的高度；所述的恒湿为水饱和； 
B.密封：将恒温恒湿的环形试样环套于内圆环和中圆环之间，于内圆环上端面和中圆环上端面之间密封环形橡胶垫；
C.充水：打开阀门，水箱内的水通过进水管进入上圆环内，直至中圆环与外圆环之间的水面高度等于环形试样的高度，且保证上圆环内的水面高度低于或等于与上圆环相连通的进水管端部的管口内侧面最低处，关闭阀门；
D.排气：开启排气阀，排出活塞下端面与水之间的空气，直至活塞与上圆环内的水平面相贴合，关闭排气阀；
E.施压：开启液压缸，通过活塞杆和活塞给上圆环内的水施以压力，通过力传感器控制压力F1恒定，当排水管有水流出时开始计时，实时测定量筒内的排水量，绘制时间t-流量Q的关系曲线，当时间t-流量Q关系曲线有明显直线段时认为排水稳定，停止计时并卸载液压缸施压，获得F1下的Q1，Q1为F1压力下排水稳定时单位时间的排水量（L/min）；
F.重复施压：重复步骤E，分别施加不同的压力，F2、F3…Fn，其中n≧3，获得各压力Fi下的时间t-流量Q关系曲线；步骤A至步骤F中，始终保持环形试样的水温T恒定；
G.获得透水率：根据公式㈠，计算各压力Fi下环形试样的透水率qi， 
qi=Qi/LiPi      ㈠
其中：i（=1，2，…n）的不同值分别对应不同的压力；Qi为i所对应的压力下排水稳定时单位时间的排水量（L/min）；Li为环形试样的厚度；Pi为水压强（MPa），Pi=Fi/S，S为上圆环内圆横截面面积；
计算q1至qn的几何平均值，即水泥土搅拌桩的透水率q；
H.获得渗透系数：根据达西定律原理，建立如下水泥土搅拌桩的渗透系数公式㈡，
Figure 977211DEST_PATH_IMAGE001
        ㈡
其中：k为水温T时水泥土搅拌桩的渗透系数(m/min)；q为水泥土搅拌桩的透水率（Lu）；R为环形试样的外径（m）；r为环形试样的内径（m）。
本发明所述的水泥土搅拌桩的材料特性与岩体材料特性相似，因此公式㈠采用的是岩体透水率的理论公式。公式㈠中Li=R-r。 
清洗、干燥由透水石制成的中圆环和内圆环，可保证良好的透水性。 
由于室内实验的限制，上圆环相对于内圆环的高度不会很高，因此，忽略上圆环内的高水位对水压强Pi的影响。 
    本发明所述的室内测试水泥土搅拌桩水平方向渗透性的装置结构新颖、构思巧妙，填补了测定水泥土搅拌桩的水平方向渗透性的一大空白；通过所述的装置及测试方法，完成对水泥土搅拌桩的水平方向渗透性的精确测定，进一步评价了水泥土搅拌桩的水平方向的完整性。 
附图说明
图1为本发明所述的室内测试水泥土搅拌桩水平方向渗透性的装置的结构示意图。 
图中：1-底座，2-外圆环，3-中圆环，4-内圆环，5-上圆环，6-荷载架，7-活塞杆，8-液压缸，9-进水管，10-水箱，11-阀门，12-力传感器，13-活塞，14-排水管，15-量筒，16-排气阀，17-环形试样，18-环形橡胶垫，R-外径，r-内径，h-高。 
具体实施方式
室内测试水泥土搅拌桩水平方向渗透性的装置，包括荷载架6，固定于荷载架6上且带有活塞杆7的液压缸8，固定于活塞杆7端部的力传感器12，固定于荷载架6上的水箱10，进水管9，串联于进水管9上的阀门11，圆盘形的底座1，与底座1密封环接的外圆环2，排水管14，位于外圆环2内侧的底座1的上端面密封垂直设有中圆环3，位于中圆环3内侧的底座1的上端面密封垂直设有内圆环4，外圆环2、中圆环3和内圆环4的轴线位于同一直线上，外圆环2的高度大于中圆环3和内圆环4的高度，且中圆环3和内圆环4的高度相等，内圆环4上端面密封连接有上圆环5，且内圆环4的内径与上圆环5的内径相等，内圆环4的外径大于上圆环5的外径，位于上圆环5外部的内圆环4上端面和中圆环3上端面之间密封有环形橡胶垫18，上圆环5内套设有与上圆环5相配合的活塞13，活塞13纵向开有排气通孔，排气通孔上装配有排气阀16，活塞杆7的端部通过力传感器12垂直固定于活塞13上端面圆心处，进水管9的一端与水箱10底部相连通，另一端与上圆环5内侧相连通，排水管14的一端与外圆环2内侧相连通，另一端下方放置有量筒15，与外圆环2内侧相连通的排水管14端部的管口内侧面最低处与中圆环3上端面齐平，所述的中圆环3和内圆环4是由厚度为6～8mm的透水石制成的，外圆环2和上圆环5是由不透水材料制成的。 
所述的室内测试水泥土搅拌桩水平方向渗透性的测试方法，包括如下步骤：A.制样：从工程中取回水泥土搅拌桩，做成环形试样17，恒温恒湿养护；清洗、干燥由透水石制成的中圆环3和内圆环4；环形试样17的内径r等于内圆环4的外径，外径R等于中圆环3的内径，高度h等于内圆环4的高度；所述的恒湿为水饱和； 
B.密封：将恒温恒湿的环形试样17环套于内圆环4和中圆环3之间，于内圆环4上端面和中圆环3上端面之间密封环形橡胶垫18；
C.充水：打开阀门11，水箱10内的水通过进水管9进入上圆环5内，直至中圆环3与外圆环2之间的水面高度等于环形试样17的高度h，且保证上圆环5内的水面高度低于或等于与上圆环5相连通的进水管9端部的管口内侧面最低处，关闭阀门11；
D.排气：开启排气阀16，排出活塞13下端面与水之间的空气，直至活塞13与上圆环5内的水平面相贴合，关闭排气阀16；
E.施压：开启液压缸8，通过活塞杆7和活塞13给上圆环5内的水施以压力，通过力传感器12控制压力F1恒定，当排水管14有水流出时开始计时，实时测定量筒15内的排水量，绘制时间t-流量Q的关系曲线，当时间t-流量Q关系曲线有明显直线段时认为排水稳定，停止计时并卸载液压缸8施压，获得F1下的Q1，Q1为F1压力下排水稳定时单位时间的排水量（L/min）；
F.重复施压：重复步骤E，分别施加不同的压力，F2、F3…Fn，其中n≧3，获得各压力Fi下的时间t-流量Q关系曲线；步骤A至步骤F中，始终保持环形试样17的水温T恒定；
G.获得透水率：根据公式㈠，计算各压力Fi下环形试样17的透水率qi， 
qi=Qi/LiPi      ㈠
其中：i（=1，2，…n）的不同值分别对应不同的压力；Qi为i所对应的压力下排水稳定时单位时间的排水量（L/min）；Li为环形试样17的厚度；Pi为水压强（MPa），Pi=Fi/S，S为上圆环5内圆横截面面积；
计算q1至qn的几何平均值，即水泥土搅拌桩的透水率q；
H.获得渗透系数：根据达西定律原理，建立如下水泥土搅拌桩的渗透系数公式㈡，
Figure 2012105674800100002DEST_PATH_IMAGE002
        ㈡
其中：k为水温T时水泥土搅拌桩的渗透系数(m/min)；q为水泥土搅拌桩的透水率（Lu）；R为环形试样17的外径（m）；r为环形试样17的内径（m）。
具体实施时，采用SS-HCAⅡ加工从工程中取回的混凝土搅拌桩。 
具体操作时，环形橡胶垫18的密封可采用防水胶粘接于内圆环4和中圆环3上端面。 

Claims (2)

1.室内测试水泥土搅拌桩水平方向渗透性的装置，其特征在于，包括荷载架（6），固定于荷载架（6）上且带有活塞杆（7）的液压缸（8），固定于活塞杆（7）端部的力传感器（12），固定于荷载架（6）上的水箱（10），进水管（9），串联于进水管（9）上的阀门（11），圆盘形的底座（1），与底座（1）密封环接的外圆环（2），排水管（14），位于外圆环（2）内侧的底座（1）的上端面密封垂直设有中圆环（3），位于中圆环（3）内侧的底座（1）的上端面密封垂直设有内圆环（4），外圆环（2）、中圆环（3）和内圆环（4）的轴线位于同一直线上，外圆环（2）的高度大于中圆环（3）和内圆环（4）的高度，且中圆环（3）和内圆环（4）的高度相等，内圆环（4）上端面密封连接有上圆环（5），且内圆环（4）的内径与上圆环（5）的内径相等，内圆环（4）的外径大于上圆环（5）的外径，位于上圆环（5）外部的内圆环（4）上端面和中圆环（3）上端面之间密封有环形橡胶垫（18），上圆环（5）内套设有与上圆环（5）相配合的活塞（13），活塞（13）纵向开有排气通孔，排气通孔上装配有排气阀（16），活塞杆（7）的端部通过力传感器（12）垂直固定于活塞（13）上端面圆心处，进水管（9）的一端与水箱（10）底部相连通，另一端与上圆环（5）内侧相连通，排水管（14）的一端与外圆环（2）内侧相连通，另一端下方放置有量筒（15），与外圆环（2）内侧相连通的排水管（14）端部的管口内侧面最低处与中圆环（3）上端面齐平，所述的中圆环（3）和内圆环（4）是由厚度为6～8mm的透水石制成的，外圆环（2）和上圆环（5）是由不透水材料制成的。
2.如权利要求1所述的室内测试水泥土搅拌桩水平方向渗透性的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.制样：从工程中取回水泥土搅拌桩，做成环形试样（17），恒温恒湿养护；清洗、干燥由透水石制成的中圆环（3）和内圆环（4）；环形试样（17）的内径（r）等于内圆环（4）的外径，外径（R）等于中圆环（3）的内径，高度（h）等于内圆环（4）的高度；所述的恒湿为水饱和；
B.密封：将恒温恒湿的环形试样（17）环套于内圆环（4）和中圆环（3）之间，于内圆环（4）上端面和中圆环（3）上端面之间密封环形橡胶垫（18）；
C.充水：打开阀门（11），水箱（10）内的水通过进水管（9）进入上圆环（5）内，直至中圆环（3）与外圆环（2）之间的水面高度等于环形试样（17）的高度（h），且保证上圆环（5）内的水面高度低于或等于与上圆环（5）相连通的进水管（9）端部的管口内侧面最低处，关闭阀门（11）；
D.排气：开启排气阀（16），排出活塞（13）下端面与水之间的空气，直至活塞（13）与上圆环（5）内的水平面相贴合，关闭排气阀（16）；
E.施压：开启液压缸（8），通过活塞杆（7）和活塞（13）给上圆环（5）内的水施以压力，通过力传感器（12）控制压力F1恒定，当排水管（14）有水流出时开始计时，实时测定量筒（15）内的排水量，绘制时间t-流量Q的关系曲线，当时间t-流量Q关系曲线有明显直线段时认为排水稳定，停止计时并卸载液压缸（8）施压，获得F1下的Q1，Q1为F1压力下排水稳定时单位时间的排水量（L/min）；
F.重复施压：重复步骤E，分别施加不同的压力，F2、F3…Fn，其中n≧3，获得各压力Fi下的时间t-流量Q关系曲线；步骤A至步骤F中，始终保持环形试样（17）的水温T恒定；
G.获得透水率：根据公式㈠，计算各压力Fi下环形试样（17）的透水率qi， 
qi=Qi/LiPi      ㈠
其中：i（=1，2，…n）的不同值分别对应不同的压力；Qi为i所对应的压力下排水稳定时单位时间的排水量（L/min）；Li为环形试样（17）的厚度；Pi为水压强（MPa），Pi=Fi/S，S为上圆环（5）内圆横截面面积；
计算q1至qn的几何平均值，即水泥土搅拌桩的透水率q；
H.获得渗透系数：根据达西定律原理，建立如下水泥土搅拌桩的渗透系数公式㈡，
Figure 724606DEST_PATH_IMAGE001
        ㈡
其中：k为水温T时水泥土搅拌桩的渗透系数(m/min)；q为水泥土搅拌桩的透水率（Lu）；R为环形试样（17）的外径（m）；r为环形试样（17）的内径（m）。
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